Fúziós rekordot döntött utolsó kísérletében az angliai Joint European Torus (JET) tokamak reaktor, amely évtizedekig a világ legnagyobb fúziós berendezése volt. A EUROfusion konzorcium csütörtöki bejelentése szerint az eredmény bizonyította, hogy megbízhatóan elő lehet állítani fúziós energiát, valamint megerősíti a JET kiemelt helyét a fenntartható és biztonságos fúziós energia eléréséért folytatott erőfeszítésekben.

Az október eleji kísérletben a reaktor 69 megajoule fúziós energiát termelt, ami jelentősen túlszárnyalja a korábbi, 2021-ben elért 59 megajoule-os csúcsteljesítményt. A kísérlet során a JET öt másodpercen át végig nagy mennyiségű fúziós energiát termelt, ami a közlemény szerint jelentős mérföldkövet jelent a fúziós energia kutatásában.

A kísérlet azért jelentős, mert „demonstrálta, hogy a fúziós energiafelszabadítás megvalósítható a mai legnagyobb berendezésen úgy, hogy a folyamatot pontosan tudjuk kontrollálni, és a kapott eredmények megfelelnek az előzetes várakozásnak” –nyilatkozta a Qubitnek Dunai Dániel, a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Plazmafizika Laboratóriumának tudományos főmunkatársa, aki szerint ez fontos a következő generációs fúziós reaktorok építéséhez, mert a döntéshozók így kisebb kockázatnak láthatják a további befektetést.

A fúziósenergia-kutatásokkal foglalkozó szakember szerint az utolsó, DET3 kampány végén a JET irányítói már a berendezés működési korlátaihoz közelebb tudtak kísérleteket végezni, amelyek sikerét korábbi fejlesztések és hosszú távú kutatómunka alapozta meg. A EUROFusion szerint az oxfordi JET mostani kísérleteihez több mint 300 mérnök és kutató járult hozzá, ami igazolta a nemzetközi kutatócsoport páratlan dedikációját és hatékonyságát.

A tokamak típusú reaktorok, mint amilyen a JET és az ITER is, a mágneses összetartású fúzió elvén működnek, vagyis bennük a forró plazmát mágneses tér segítségével választják el a berendezés falától. Ezt a tokamak berendezésekben együttesen hozza létre a tekercsek által generált külső mágneses tér és a plazmában hajtott áram által keltett mágneses tér.

A harmadik deutérium-trícium (DET3) kampány végén lebonyolított kísérletben a JET 0,2 milligrammnyi deutérium-trícium keveréket használt fel. A szakemberek szerint a hidrogén e két izotópja adja a legjobb fúziós üzemanyagot, amelyekkel hatékonyan és kezelhető hőmérsékleten lehet fúziós energiát generálni. Az univerzumban a deutériummal szemben ritka trícium előállításának problémáját azonban már a Franciaországban jelenleg is épülő berendezésnek, az ITER-nek kell majd megoldania.

„Megbízhatóan tudunk fúziós plazmát előállítani ugyanazzal az üzemanyagkeverékkel, amit a kereskedelmi fúziós erőművekben is használunk majd” – mondta Fernanda Rimini fizikus, aki az 1990-es évekre visszamenőleg részt vett a JET összes rekorddöntő kísérletének vezetésében.

Több évnyi fejlesztés és kutatómunka vezetett az új rekordhoz

Dunai szerint a 40 éves működés után leálló JET a fúzió történetének meghatározó berendezése. Működésének utolsó évtizedét megelőzően, 2011-ben a kísérleti reaktor grafit téglákból álló falát teljesen fémre cserélték, így „a berendezésben tesztelni lehetett a plazma viselkedését, olyan körülmények között, ami közelebb van az ITER és a későbbi reaktorok üzemmódjához”. Az, hogy a grafit nem alkalmas egy későbbi reaktor anyagának, mert túl sok tríciumot köt meg, a JET kísérleteinek köszönhetően derült ki.

Az elmúlt évtizedben Dunai szerint a JET kampányai során sikerült tökéletesíteni a fémfalas működést, és olyan üzemmódokat dolgoztak ki, amelyekkel elkerülhető, hogy a fémfalról származó nehéz atomok elrontsák a plazmaösszetartást. „A 2023-as eredményt egy olyan plazma üzemmód tette lehetővé, ahol a plazma szélén még a szokásosnál is meredekebben emelkedett a hőmérséklet. Erről kiderült, hogy hatásosan megakadályozza a nehéz volfrámatomok bejutását a magba, amik sugárzással hűtik a plazma magját. Így nagyobb fúziós teljesítmény vált elérhetővé, amit a kísérlet bizonyított is” – írta kérdésünkre.

Dunai szerint a berendezés fejlesztése mellett az új rekordot a 2022-es kísérleti eredmények elméleti megértése és megerősítése tette lehetővé, aminek hátterében jelentős számítógépes szimulációs tevékenység áll. „Nem véletlenszerűen próbálkozunk megoldásokkal, hanem a kísérlet és az elmélet összehasonlításával halad előre a fejlesztés” – írta.

A világ legnagyobb fúziós reaktora jelenleg a japán-európai együttműködés keretében megépített JT-60SA. A Tokiótól nem messze található tokamak berendezésnek, amelynek munkájában magyar szakemberek is fontos szerepet játszanak, az elsődleges célja a hosszú plazmaüzem kipróbálása. A JT-60SA akár 100 másodpercig képes szupravezető tekercseivel a plazma fenntartására, de a JET-tel és az ITER-rel szemben nem deutériumot és tríciumot, hanem hidrogént és később deutériumot használ a fúziós plazma vizsgálatára.

Dunai szerint a már épülő ITER-en kívül több berendezés tervezése is zajlik. Európában a DEMO demonstrációs erőmű lenne az első, hálózatra termelő erőmű, aminek a tervezésében a Fúziós Plazmafizika Laboratórium szakemberei is részt vesznek.

Másfél évvel ezelőtt kutatók az amerikai National Ignition Facility (NIF) lézeres inerciális fúziós berendezésével a fúziós kutatások történetében elsőként elérték a „breakeven” pontot, vagyis azt, amikor a lézerekkel betáplált energia mértékét meghaladja a fúziós reakció által megtermelt hőenergia. Az akkori áttörés jelentősége elsősorban tudományos volt, és a szakemberek várakozása szerint az első valóban áramtermelő fúziós erőművek tokamak technológiát alkalmaznak majd.